本文为《区块链到底在干嘛〈上〉用生活化的例子轻鬆学会区块链技术的重要概念》，为动区专栏作者“邱骏”所著。文中，笔者将化繁为简，试著把区块链技术中的每个元素都使用生活化的例子比拟，让区块链爱好者与初学者不需用到密码学/经济学/资讯科学，也能领会区块链技术的精髓之处，本文同步刊载于邱骏 Medium。
（传送门：《区块链到底在干嘛〈上〉用生活化的例子轻鬆学会区块链技术的重要概念》）
我们熟知的世界正在慢慢地被区块链技术瓦解与重建。不论背景，有愈来愈多人想对区块链技术一探究竟，或许更进一步成为从业者、贡献者或佈道者。
不幸的是，初学者若想学习区块链技术，第一个问题可能会是高学习门槛，这是因为目前在各种主流平台上所流传的区块链知识或资源，都不免会大量使用艰涩的术语，长久以来便塑造出区块链高大上的距离感，好似区块链是只专属于一小群骇客或者专业人士才能理解的技术。然而这是不准确的，事实上，区块链技术中许多概念都能用一般常识理解，顶多只需要中学数学。
本文将接续上集概念，介绍涵盖：
- 有哪些共识机制？
- 区块链安全吗？
- 智能合约如何运作？
以下正文开始：
共识机制：如何达成共识？
在区块链技术中，大致上有两种方式可以产生共识：抽彩（Lottery）或表决（Vote），它们各自有不同特性，每一种分散式帐本都会使用其中之一作为共识机制。
抽彩
在抽彩机制中，唯有摘要小于门槛值的“合法”区块才会被所有参与者收受。然而，区块生产者无法预测摘要，且可验证的摘要使区块生产者难以作弊。因此若想生产数字小于门槛值的摘要，区块生产者必须不断改动区块内容，例如流水号或者交易顺序，直到找到摘要小于门槛值的区块，就像抽彩一样。只有合法的区块才会被区块生产者散佈给其他 EPC 参与者。
在这样的规则下，可能会同时出现多个合法区块。还记得区块链中“链”的部分吗？当收受多个低于门槛的区块时，该选哪个区块作为上一个区块呢？这裡我们可以用一些简单的规则来做抉择：选择合法区块中高度（Height）最高的区块，若高度一样则选择摘要数字较低的区块。
区块纸条的摘要就是正式区块链中的区块杂凑值。在正式的区块链中，门槛值愈低，困难度（Difficulty）也愈高。区块的选择规则也称为分岔选择规则（Fork Choice Rule），使用可验证的乱数作为共识的做法又称为中本共识（Nakamoto Consensus）。
表决
有别于複杂的抽彩，表决机制相当直观：所有参与者针对某个预先选出的领袖（Leader）的提案（Proposal），也就是区块，进行投票。领袖是怎麽选出的？一个直觉的做法是按照假名的顺序，按照 Alice / Bob / Charlie 的顺序，所有参与者轮流担任领袖。
所有参与者在收到提案后，可以选择同意或反对这个区块的内容，若同意的话，则将自己对提案的同意票记在纸条上，并将这个投票纸条散佈给所有其他参与者。若多数的参与者同意了提案，则所有参与者皆须认定该提案为共识。
然而，表决机制虽然直观，却不如抽彩具有可验证性，参与者若想作弊则相对容易：例如，参与者可以重複投票，或者串通其他参与者一起不投票，以破坏帐本；另一方面，表决比抽彩来得有效率，因其不需要所有参与者都费功去制造可能将不被收受的区块。
拜占庭错误（Byzantine Fault）特指这些不在预期内的行为，表决机制事实上也就是拜占庭容错（Byzantine-fault-tolerant, BFT）演算法。PBFT 家族的协定是目前拜占庭容错演算法的主流，然而其至多只能容忍不超过参与者总数一半的拜占庭错误。若想了解更多 PBFT 的细节，可以参考笔者日前的撰文：
女巫：如何避免帐本被单一个体掌控？
上文提到：为了保证公平的记帐权，帐本上的识别都是假名，如上文提及，Alice 跟 Bob 实际上都是由同一个参与者王小庭所控制，其他参与者不仅难以得知，而且王小庭喜欢的话，他爱用几个假名就用几个假名 — 掌控多个假名的王小庭就成为了“女巫”（Sybil）。
不论是採取何种共识机制，女巫的存在都会破坏分散式帐本的安全性：
- 在抽彩机制中，如果多数的参与者皆由女巫控制，则女巫有很大的机会可以无视规则，不需抽彩便窜改帐本。
- 在表决机制中，如果由女巫控制的参与者可以集体进行不在预期内的行为，例如重複投票或者不投票。
因此，抵抗女巫对于分散式帐本的安全至关重要。对此，一个直觉的思路是：让每个假名的行为都必须付出有限的资源，例如钱跟力。因此有两种方式可以抵抗女巫：要嘛出钱，要嘛出力。
- 出力：在抽彩机制中，每个合法区块的生产都必须附有低于门槛的摘要，而摘要的计算需要参与者出力不断地重上发条。
- 出钱：在表决机制中，抵押一定数量 EPC 的参与者才能获选为领袖被生产提案，且若违反规则，参与者的押金将会被没收。
出力即是工作证明（Proof of Work, PoW）；出钱即是权益证明（Proof of Stake, PoS），抵抗女巫的机制称为抗女巫机制（Sybil-control Mechanism）。
合约：进行条件式的交易
回顾一下本文开头所提：区块链技术可以用来打造去中心化的运算平台，它可以用以记录任何资讯，不止馀额，例如一段合约（Contract）。合约就是指一段会依据不同条件而达成不同执行结果的语句。例如
CheckAndPay
给定 A、B 两个假名，若 A 的馀额大于/等于 30 EPC，则 A 支付 20 EPC 给 B ，否则 A 不支付任何 EPC。
这个合约就可以被记录在帐本中：
Alice 100 EPC
Bob 0 EPC
Charlie 0 EPC
David 0 EPC
Eva 0 EPC
CheckAndPay "给定 A、B 两个假名，若 A 的馀额大于/等于 30 EPC，则 A 支付 20 EPC 给 B ，否则 A 不支付任何 EPC。"
之后 Alice 就可以发起像这样的交易：
Tx 99
CheckAndPay, {[Alice], [Bob]}, ALICE
如此，若 Alice 的 EPC 馀额不足 30 EPC 则不会支付 Bob。
触发合约的 Tx 99 ，它的执行过程比较烦琐：执行 Tx 99 的参与者首先会从帐本中寻找 CheckAndPay 的合约内容，并从 Tx 99 中取出合约需要的输入：A 与 B，接著参与者再解读合约的语句，依照条件进行帐本的状态转换。其中，为了使参与者能解读合约，合约需用所有参与者皆能看懂的语言书写。
合约又称智能合约（Smart Contract）。正式的区块链使用虚拟机（Virtual Machine）来解读与执行合约。事实上，智能合约能做的事情非常多，这使具有智能合约功能的分散式帐本得以成为去中心化的运算平台，例如以太坊（Ethereum）。
总结： 分散式帐本究竟是一个怎样的系统？
如果以上环节皆运作顺利，那麽便能成功只用纸笔便发行了专由学生使用的货币。最后再次强调一次：这是一个为了便于使初学者掌握核心观念而极度简化的例子。正式运行的区块链，例如以太坊，其实际运作远远複杂得多。
还有一些比较进阶的概念，虽然碍于篇幅未在此文章提及，但部分主题笔者曾撰文介绍：
- 可扩展性（Scalability）：第二层方案（Layer 2）与分片（Sharding）
- 隐私（Privacy）与匿名（Anonymity）
- 共识机制的安全性（Safety）与活跃性（Liveness）
最后，如果日后朋友/家人问起“什麽是区块链”时，我想你会知道如何解释了:)
